Puenta dowcipu o sytuacji, w której miewa się mieszane uczucia, w ustach niejednego stomatologa mogłaby brzmieć zgoła inaczej, niż w pierwotnej, znanej chyba wszystkim wersji. Dla nich ambiwalentne będzie z pewnością wynalezienie skutecznego sposobu na próchnicę. Przy 95-procentowej zapadalności na tę dolegliwość trudno się spodziewać, by radość z tak przełomowego odkrycia nie została jednocześnie zmącona lękiem o sens dalszej pracy. Póki co mogą spać spokojnie, bo choć naukowcy nie ustają w wysiłkach, to ani stosowanie niefermentowanych przez bakterie substytutów cukru, ani dodawanie fluorków do wody pitnej, soli kuchennej, mleka czy pasty do zębów nie przyniosło spodziewanych rezultatów. Nową kartę w dziedzinie zapobiegania próchnicy otwierają za to enzymy.

– W szeregu ich zalet wyróżnia je to, że są w pełni naturalne, bo produkowane np. przez mikroorganizmy, nie mają działań niepożądanych, i – last but not least – bakterie nie mogą się na nie uodpornić, tak jak to często się zdarza choćby w przypadku antybiotyków. Jedyną w zasadzie wadą, w odróżnieniu od środków chemicznych, jest ich mała stabilność – przyznaje dr hab. Małgorzata Pleszczyńska, która enzymami wykorzystywanymi w dentystyce zajmuje się już prawie dwie dekady. Wpierw dekstranazą, a potem blisko spowinowaconą z nią i o wiele istotniejszą dla stomatologii mutanazą. Ich synergia, jak pokazały badania przeprowadzone w Instytucie Mikrobiologii i Biotechnologii UMCS, jest zabójcza dla mutanu. Ten glukan ma dominujący udział w mieszaninie zewnątrzkomórkowych polimerów tworzącej osad zwany płytką nazębną bądź biofilmem. Jest on jedną z głównych przyczyn próchnicy. Nierozpuszczalny w wodzie, lepki i przyczepiający się do powierzchni zębów stanowi spoiwo i utrzymuje integralność poszczególnych elementów owego biofilmu, w skład którego wchodzi poza tym wiele gatunków bakterii. Przeważają jednak te z grupy paciorkowców zmiennych, m.in. Streptococcus mutans . Logiczne wydawało się, że usunięcie tego polisacharydu z płytki nazębnej pozwoli na jej łatwe mechaniczne usunięcie i tym samym zapobieżenie powstawaniu ognisk próchnicowych.

– Zastanowiło nas, dlaczego od lat 70. ubiegłego wieku, kiedy pojawiły się pierwsze wzmianki o mutanazie, badania nad nią nie posunęły się ani o krok. Przezwyciężenie tych czynników hamujących było od początku naszym celem – wspomina prof. dr hab. Janusz Szczodrak, dyrektor Instytutu. – W tej chwili w Polsce nikt poza nami nie zajmuje się tym enzymem, a na świecie ledwie kilka ośrodków – dodaje, przyrównując takie niezagospodarowane w nauce pole do wędki, na którą złowić można równie dobrze płotkę, jak i – tak właśnie zrobiono w Lublinie – naprawdę dużą rybę. Zespół pod jego kierownictwem odkrył bowiem nieznany dotąd induktor mutanazy.

Przypadkowa huba

Mutanazy są bowiem enzymami induktywnymi, co oznacza, że ich synteza wymaga obecności induktora w środowisku zewnętrznym. Ma on za zadanie stymulować do produkcji mutanazy zarówno bakterie Paenibacellus , jak i grzyby strzępkowe Trichoderma harzianum . Co ciekawe – to drobnoustroje występujące w glebie. Całkiem nowy szczep bakteryjny, na którym pracowano w lubelskim uniwersytecie, wyizolowano dla przykładu z chińskiej gleby. Gdyby mutanaza była wytwarzana przez drobnoustroje jamy ustnej, to prawdopodobnie nie byłoby większych problemów z próchnicą. Dotychczas najlepszym induktorem mutanazy był paciorkowcowy mutan. Jednakże synteza enzymu dzięki temu biopolimerowi jest od strony technologicznej nierealna. Po pierwsze, wytwarzają go patogenne szczepy paciorkowców i to w dodatku z małą wydajnością. Ponadto jego produkcja jest wieloetapowa, prowadzona na bardzo drogich i niezbyt bezpiecznych podłożach, a sam polimer wykazuje dużą różnorodność strukturalną. Nic zatem dziwnego, że wiele zespołów pracujących nad mutanazą zderzało się ze ścianą. Wyjście poza laboratorium wydawało się niemożliwe. Nie inaczej było w UMCS.

– W zasadzie już mieliśmy kończyć nasz projekt, tym bardziej że szukając induktora potknęliśmy się na przeniesieniu genu mutanazy z jednego organizmu do drugiego, niewytwarzającego jej dotychczas. Mógłby on być wówczas wprowadzony do jamy ustnej i tam ciągle produkować enzym. To się jeszcze jednak nikomu nie udało, bo bakteria taka szybko zostaje wyparta przez inne. My też się poddaliśmy – przyznaje dr hab. Adrian Wiater, który pewnego dnia natknął się na pień z wyrosłą na nim hubą, zwaną żółciakiem siarkowym. Poddając ją wnikliwej obróbce wykazał, że mutan syntetyzowany przez paciorkowce jest podobny pod względem budowy do jednego z glukanów, jakie występują w ścianie komórkowej niektórych gatunków grzybów wielkoowocnikowych. A najbogatszym źródłem tego glukanu okazały się owocniki żółciaka siarkowego. Znaleziono substytut mutanu syntetyzowanego w jamie ustnej przez bakterie Streptococcus . Grzyby syntetyzują podobny polimer α-1,3-glukan. Budowa chemiczna zarówno jednego, jak i drugiego opiera się na cząsteczkach glukozy połączonych wiązaniem α-1,3, co stanowi o tym, że obydwa polimery są nierozpuszczalne w wodzie. Przez to mogą przyciągać drobnoustroje do powierzchni szkliwa, co w konsekwencji prowadzi do tworzenia się płytki nazębnej.

Żuj gumę!

Dalsze prace, prowadzone na glukanie ze ściany komórkowej żółciaka, tylko utwierdzały badaczy z UMCS w tym, że poszli właściwą ścieżką. Na farmie pod Kaliszem udało się po wielu próbach wyhodować owocniki żółciaka siarkowego na sztucznym podłożu, a zaraz potem w wielkich, 150-litrowych bioreaktorach poznańskiego Centrum Biotechnologii uzyskano nieporównanie większą niż w laboratorium ilość sproszkowanego enzymu. Przewaga glukanu z żółciaka nad innymi dotychczas stosowanymi induktorami mutanazy polega także na tym, że jest on bezpieczny dla ludzi, tani i łatwo dostępny.

– Rośnie w olbrzymich ilościach. W Księdze Rekordów Guinessa odnotowano owocniki osiągające nawet 100 kilogramów. W związku z tym można wyprodukować tego enzymu naprawdę dużo – ocenia dr Małgorzata Pleszczyńska, dodając, że różnica między mutanazą bakteryjną – działającą od środka, rozbijającą mutan na duże fragmenty, a grzybową – odcinającą pojedyncze jednostki od końców polimeru – zauważalna jest nie w efekcie, bo jest on właściwie taki sam, lecz w czasie. Mutanazy, czy to grzybowe, czy bakteryjne, choć mają nieco odmienny mechanizm działania, w gruncie rzeczy zadanie mają to samo: rozerwać wiązania pomiędzy poszczególnymi jednostkami glukozy w mutanie. Endomutanaza szybciej jednak upłynnia ten polimer, z kolei egzomutanaza jest bardziej skuteczna w jego metabolizowaniu.

– Oznacza to ni mniej, ni więcej, że najlepsze efekty daje współdziałanie obydwu mutanaz, które wzajemnie się uzupełniają, powodując całkowite usunięcie mutanu, a tym samym całej płytki nazębnej – dowodzi prof. Szczodrak, podkreślając, że enzym ma działać profilaktycznie, a nie leczyć.

W doświadczeniach wyszło, że działa o wiele skuteczniej w momencie tworzenia się płytki nazębnej, aniżeli na już powstałą płytkę, mającą tendencję do przechodzenia w nieusuwalny przez enzym kamień nazębny. Dlatego właśnie spośród różnych metod wprowadzania enzymu do jamy ustnej, guma do żucia wydaje się dla niego najlepszym nośnikiem.

– Gumę żuje się dłużej niż myje zęby, a to lepiej dla wzmocnienia działania enzymu. Poza tym guma powoduje wytwarzanie zwiększonej ilości śliny, która jest dodatkowo czynnikiem mechanicznym, naruszającym biofilm. Wystarczy, że uszkodzimy strukturę mutanu, a ślina go wypłucze i płytka nazębna się nie utworzy – tłumaczy dr Adrian Wiater, nie przekreślając możliwości wykorzystania enzymu także w żelach i nakładkach stomatologicznych, płynach do płukania jamy ustnej czy pastach do mycia zębów. W ten sposób środki te mogłyby zapobiec powstawaniu próchnicy, która już dziś uznawana jest za problem społeczny. Dotyka bowiem prawie każdego dorosłego Polaka. Badania in vitro, w których symulowano działanie w warunkach zbliżonych do jamy ustnej, pokazały, że enzym jest skuteczny w 80–100%. Wprawdzie w badaniach in vivo, w których przez tydzień brało udział kilkudziesięciu studentów, ta wartość znacząco spadała, ale w żadnym razie nie jest to powód do niepokoju.

– Konsultowaliśmy się z autorytetem w dziedzinie badań nad próchnicą, prof. Elżbietą Jodkowską z warszawskiego Uniwersytetu Medycznego, która stwierdziła, że jeśli nasz enzym zahamuje to schorzenie nawet w 15%, to już będzie można uznać za sukces. I takie wyniki osiągnęliśmy – przyznaje nie bez satysfakcji prof. Janusz Szczodrak.

Przepis na sukces

Lubelscy naukowcy nie poprzestali na tym. Mając gotowy produkt, niestwarzający – co potwierdziły przeprowadzone w Narodowym Centrum Leków eksperymenty na rogówce oka i skórze królików oraz świnek morskich – żadnego zagrożenia alergicznego dla ludzi, postanowili wysondować rynek. Z analizy, powstałej w ramach czteroletniego grantu – największego zresztą wówczas na uniwersytecie (2 mln zł) – i obejmującej szanse i zagrożenia stosowania mutanazy, wymogi i ograniczenia regulacyjne komercjalizacji oraz badanie potencjału, a także wycenę i prognozę sprzedaży, jasno wynikło, że zainteresowanie jest duże. Zarówno wśród potencjalnych pacjentów, którzy byliby skłonni stosować środki higieny z dodatkiem tego enzymu, jak i – o dziwo – samych stomatologów, polecających owe preparaty.

– W Europie nie ma na razie pasty do zębów z mutanazą. Tę technologię opracowaliśmy od podstaw jako pierwsi. Podczas gdy większość badań kończy się jedynie publikacjami, my mamy gotowy „przepis” do wzięcia od ręki – nie kryje dumy dyrektor Instytutu Mikrobiologii i Biotechnologii UMCS, wraz z zespołem uhonorowany niedawno prestiżową ogólnopolską nagrodą naukową Marii Curie za wybitne osiągnięcia naukowe oraz odznaką za zasługi dla wynalazczości. Chciałby, aby w ślad za tym poszły działania aplikacyjne. Bo badania poznawcze to jedno – nikt wcześniej na tak dużą skalę nie badał jeszcze struktury mutanu i glukanów grzybowych – ale kto wie, czy nie o wiele istotniejsze są ich zastosowania w praktyce. Trzy debiutanckie patenty kierowanego przez niego zespołu, obejmujące sposób wytwarzania obydwu mutanaz, metodę hodowli owocników żółciaka siarkowego na sztucznym podłożu i samo zastosowanie enzymu do zwalczania płytki nazębnej, oraz zgłoszenie patentowe dotyczące całej technologii, tylko czekają na wdrożenie.

– Dzięki tym patentom jako jedyni na świecie możemy hodować żółciaka. Jesteśmy więc niezależni od jakiejkolwiek możliwości pozyskiwania tego grzyba ze środowiska naturalnego. Opracowanie technologii było zwieńczeniem naszych długoletnich prac nad mutanazą. Nie chcieliśmy pracować nad czymś, co będzie tylko stało na półce. Nasza rola jako naukowców już się zakończyła. A co dalej? To nie zależy od nas – konstatuje prof. Janusz Szczodrak, podpowiadając jednak możliwe rozwiązania: wsparcie z szeroko promowanych obecnie samorządowych projektów dotyczących technologii innowacyjnych bądź z programów Narodowego Centrum Badań i Rozwoju.

– Przedsiębiorca razem z uczelnią jako partnerem mógłby otrzymać pieniądze – a są to spore kwoty, rzędu nawet 100 milionów zł – na uruchomienie linii produkcyjnej na podstawie naszej technologii. Wydaje mi się, że byłaby to najbardziej sensowna droga, bo obydwie strony mało ryzykują, a korzysta całe społeczeństwo.

Mogłoby się wydawać, że jedynie stomatolodzy, nawet ci obdarzeni dużym poczuciem humoru, mają mieszane uczucia. Ale bez obaw, wcześniejsza emerytura im nie grozi. W końcu wraz z pojawieniem się mutanazy nie znikną słodycze…